Retzemju elementu Y, Gd un Sc pielietojums
vara cirkonija bāzes amorfajos sakausējumos
Pateicoties retzemju elementu un to savienojumu unikālajām magnētiskajām un elektriskajām īpašībām, retzemju elementiem ir plašs pielietojums amorfajos sakausējumos. Amorfajiem sakausējumiem uz vara cirkonija bāzes amorfajos sakausējumos ir labas augstas stiprības un cietības īpašības. Saskaņā ar jaunākajiem pētījumiem, pievienojot atbilstošu daudzumu retzemju elementu, var ievērojami uzlabot amorfo sakausējumu stikla veidošanās spēju un termisko stabilitāti, kā arī samazināt ražošanas izmaksas. Tāpēc, kā panākt, lai retzemju elementi ieņemtu lielāku lomu vara cirkonija bāzes ražošanā. amorfie sakausējumi ir kļuvuši par aktuālu pētniecības punktu.
1. Retzemju elementu fizikālās un ķīmiskās īpašības
(1) Retzemju elementiem ir spēcīga ķīmiskā aktivitāte, un tie var reaģēt ar piemaisījumiem, piemēram, skābekli un sēru sakausējumos, veidojot stabilus savienojumus, kam ir attīrīšanas funkcija.
(2) Retzemju elementi var palielināt sakausējumu atomu izmēru attiecību un cietā un šķidruma saskarnes enerģiju, tādējādi palielinot izturību pret kristalizāciju un uzlabojot sakausējumu stikla veidošanās spēju.
(3) Retzemju elementu pievienošana var uzlabot sakausējuma struktūru.
2. Retzemju elementa Y pielietojums vara cirkonija bāzes amorfajos sakausējumos
Zr un Cu ir skābekļa afinitāte, savukārt retzemju elementam Y ir spēcīgāka skābekļa afinitāte salīdzinājumā ar Cu un Zr. Y oksīda veidošanās entalpija ir aptuveni 1903,6 kJ/mol, savukārt Cu un Zr oksīda veidošanās entalpija ir aptuveni 157,3 kJ/mol un 1102,3 kJ/mol. Y oksīda veidošanās entalpija ir lielāka nekā Cu un Zr oksīda veidošanās entalpija, tāpēc retzemju elementam Y ir lielāka iespēja reaģēt ar skābekli. Y var efektīvi likvidēt skābekli eksperimentālajā procesā un sakausējuma matricā, un Y oksīds uz metāla kausējuma virsmas neietekmē matricas sakausējumu, kas var attīrīt sakausējumu un samazināt heterosavienojuma nelabvēlīgo ietekmi uz stikla veidošanās spēju. kodols. Tāpēc retzemju elements Y var uzlabot sakausējuma amorfās veidošanās spēju. Retzemju elementa Y pievienošana arī uzlabo organizatorisko struktūru, uzlabo mehāniskās īpašības un uzlabo izturību pret koroziju.
Ir daudz pētījumu par retzemju elementa Y pievienošanas ietekmi uz vara cirkonija bāzes amorfo sakausējumu sistēmām uz spēju veidot amorfās un mehāniskās īpašības. Shan Shengfeng et al. konstatēja, ka, ja retzemju elementa Y saturs ir 1.0% (atomu daļa), sakausējums ir amorfs; Ja Y elementa saturs ir 1,5% (atomu frakcija), tiek ierosināta nanokristalizācija, un sakausējuma spiedes izturība sasniedz 1990 MPa; Pēc Y pievienošanas palielinās bīdes joslu skaits sakausējuma lūzuma virsmā, un bīdes joslu savijums kavē nevienmērīgu deformāciju, uzlabojot sakausējuma plastiskumu un izturību. Sun Bo atklāja, ka retzemju elementa Y pievienošana vispirms palielināja un pēc tam samazināja tā amorfās veidošanās spēju. Piemērots Y pievienošanas daudzums var uzlabot Cu47Zr47Al6 sakausējuma sistēmas amorfās veidošanās spēju.
2. Retzemju elementa Gd ietekme uz vara cirkonija bāzes amorfo sakausējumu īpašībām
Atbilstoša retzemju elementa Gd daudzuma pievienošana vara cirkonija bāzes amorfajiem sakausējumiem var palielināt mijiedarbību starp maziem un lieliem atomiem, kas palielina vara cirkonija bāzes amorfo sakausējumu atomu atstatumu, maina to šaura diapazona sakārtoto reģionu un atomu izvietojumu, palielina atomu blīvums sakausējumā un apgrūtina difūziju lielos attālumos. Graudu augšanu sakausējumā kristalizācijas laikā kontrolē difūzija trīsdimensiju augšanā. Tāpēc retzemju elementu pievienošana būtiski ietekmē amorfo sakausējumu termisko stabilitāti, stikla veidošanās spēju un atomu izkārtojuma struktūru, kā arī var mainīt amorfo sakausējumu mikrocietību.
Ir arī daudzi pētījumi par retzemju elementa Gd pievienošanas ietekmi uz vara cirkonija bāzes amorfo sakausējumu sistēmām uz stikla formēšanas spēju un mehāniskajām īpašībām. Kā norāda Sun Yajuan et al. konstatēts, ka Zr50.7Cu28Ni9Al12.3 sakausējumam pievienojot piemērotu daudzumu retzemju elementa Gd, var būt deoksigenācijas efekts, nedaudz palielinot amorfās vielas izmēru un palielinot nepietiekami atdzesētā kausējuma stabilitāti, samazinot brīvās enerģijas starpību, tādējādi uzlabojot amorfā sakausējuma spēja veidot stiklu. Liang Shunxing et al. analizēja retzemju elementa Gd ietekmi uz vara cirkonija bāzes amorfo sakausējumu strukturālajām izmaiņām, veidošanās spēju un termisko stabilitāti. Rezultāti parādīja, ka Gd pievienošana palielināja amorfā sakausējuma vidējo atomu atstatumu un mainīja tā atomu izvietojumu. Zhang Yongzhang atklāja, ka sakausējuma paraugu mikrocietība mainās, pievienojot retzemju elementus un to saturu. Ja pievieno retzemju metālu Gd, amorfo sakausējumu paraugu mikrocietība ir lielāka, un pievienotā retzemju metāla Gd daudzuma izmaiņām ir neliela ietekme uz sakausējuma mikrocietību.
3. Retzemju elementa Sc pielietojums vara cirkonija bāzes amorfajos sakausējumos
Sakausējuma kausējumā skābeklis pastāv ZrO2 kodola kodola vai kopu veidā. Pēc retzemju elementa Sc pievienošanas amorfajiem sakausējumiem skābeklis pastāvēs stabilākā Sc2O3 formā, un Sc2O3 nekļūs par amorfo sakausējumu neviendabīgas kodolu veidošanās kodolu. Pievienojot retzemju elementu Sc, tiek uzlabota amorfo sakausējumu stabilitāte pārdzesētās šķidrās fāzes reģionā, un tiek samazināta iespēja to pārvērsties kristālos. Tādējādi tiek uzlabota amorfo sakausējumu stikla veidošanas spēja. Turklāt, pievienojot atbilstošu daudzumu retzemju elementa Sc, var ievērojami palielināt amorfo sakausējumu maksimālo amorfā veidojuma izmēru, bet tas samazinās to izturību pret koroziju. Helīna u.c. atklāja, ka retzemju elements Sc var palielināt Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5 sakausējuma maksimālo amorfā veidojuma izmēru, taču tā ietekme uz tā termisko stabilitāti ir salīdzinoši neliela. Un tika arī konstatēts, ka Sc pievienošana var samazināt sakausējuma kristalizācijas aktivācijas enerģiju, bet palielināt kristalizācijas inkubācijas perioda laika konstanti un samazināt kristalizācijas frekvences koeficientu. Šo divu faktoru kopējā ietekme pagarina sakausējuma kristalizācijas inkubācijas periodu, palielina tendenci uz nepietiekamu dzesēšanu un uzlabo amorfās veidošanās spēju. Li Yang et al. savos pētījumos konstatēja, ka retzemju elementa Sc pievienošana var mainīt Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5 amorfā sakausējuma fāzes struktūru un mikrostruktūru amorfās kristāliskās pārejas zonā, būtiski uzlabojot tā stikla veidošanās spēju.
4. Secinājums
Retzemju elementiem Y, Gd un Sc ir spēcīga skābekļa afinitāte, un tie var attīrīt sakausējuma kausējumu, samazināt neviendabīgas kodolu veidošanās nelabvēlīgo ietekmi un uzlabot tā termisko stabilitāti. Tāpēc tie var uzlabot vara cirkonija bāzes amorfo sakausējumu amorfās veidošanās spēju. Retzemju elementa Gd pievienošana var uzlabot amorfo sakausējumu mikrocietību, bet pievienotā Gd daudzuma izmaiņas maz ietekmē mikrocietību. Turklāt retzemju elementa Y pievienošana var nedaudz samazināt amorfo sakausējumu mikrocietību. Retzemju elementa Sc pievienošana var samazināt vara cirkonija bāzes amorfo sakausējumu izturību pret koroziju, savukārt retzemju elementa Y pievienošana var uzlabot vara cirkonija bāzes amorfo sakausējumu izturību pret koroziju. Saprātīga retzemju elementu izvēle un kombinācija var labāk uzlabot vara cirkonija amorfo sakausējumu veiktspēju.